I. Introduction
Les batteries au lithium, en tant que dispositif de stockage d'énergie important, ont été largement appliquées dans la société moderne, comme dans les véhicules électriques et les appareils électroniques portables. Cependant, les batteries au lithium peuvent ressentir des courtes circuits pendant l'utilisation, ce qui affecte non seulement les performances des batteries, mais peut également déclencher de graves problèmes de sécurité, tels que les incendies et les explosions. La résistance interne est l'un des indicateurs clés pour mesurer les performances de la batterie au lithium. Une augmentation de la résistance interne entraîne une diminution de la capacité de décharge de la batterie, une réduction de la capacité et une durée de vie raccourcie. Par conséquent, l'étude des causes de l'augmentation de la résistance interne des batteries au lithium pendant les courts circuits a une signification théorique et pratique importante.
Ii Composition de la résistance interne de la batterie au lithium
La résistance interne d'une batterie de lithium se compose principalement d'une résistance ohmique et d'une résistance à la polarisation. La résistance ohmique comprend la résistance des électrodes elles-mêmes, la résistance de la solution d'électrolyte, la résistance rencontrée par les ions passant à travers les micropores du séparateur et la résistance de contact entre les électrodes positives \/ négatives et le séparateur. La résistance à la polarisation est la résistance conductrice formée en raison de la polarisation des électrodes pendant la charge et la décharge de la batterie, y compris la polarisation électrochimique et la polarisation de la concentration. La polarisation électrochimique est causée par la lenteur des réactions d'électrode, tandis que la polarisation de la concentration est causée par des changements de concentration en ions près de la surface de l'électrode.
Iii. Analyse des causes de l'augmentation de la résistance interne des batteries au lithium pendant les courts circuits
(I) Causes radiculaires au niveau du matériau
1.Degradation des matériaux actifs positifs et négatifs
Positive electrode materials (such as NCM, LFP) may experience a decrease in electronic conductivity due to the dissolution of transition metals or structural collapse. For example, during the long-term cycling of a battery, transition metal ions in the positive electrode material may dissolve into the electrolyte, leading to structural changes in the positive electrode material and a reduction in its electronic conductivity. Negative electrode graphite may increase lithium ion migration resistance due to the growth of lithium dendrites or an excessively thick SEI film (>100 nm). La croissance des dendrites au lithium peut percer le séparateur, provoquant un court-circuit de batterie, tandis qu'un film SEI excessivement épais peut entraver la migration des ions au lithium et augmenter la résistance interne de la batterie.
2. Problèmes de vieillissement et d'interface électrolyte
Les produits de décomposition d'électrolyte (tels que Lif, Li₂co₃) s'accumulent sur la surface de l'électrode, formant une couche d'interface à haute impédance. Dans des conditions de haute température ou de surcharge, la viscosité des électrolytes augmente et l'efficacité du transport des ions au lithium diminue. Par exemple, lorsqu'une batterie est dans un environnement à haute température, la viscosité de l'électrolyte augmente et le taux de migration des ions lithium ralentit, entraînant une augmentation de la résistance interne de la batterie.
3. Dégradation des collections et des onglets actuels
L'oxydation ou la corrosion de la feuille d'aluminium \/ cuivre entraîne une augmentation de la résistance aux contacts (commune dans les environnements à haute humidité). Le soudage virtuel des points de soudage à l'onglet ou de la fatigue des matériaux (comme dans des conditions de vibration) provoque la multiplication de la résistance locale. Pendant l'utilisation de la batterie, le collecteur actuel et les onglets peuvent subir une oxydation ou une corrosion en raison de facteurs environnementaux, conduisant à une augmentation de la résistance aux contacts. Dans le même temps, le soudage virtuel des points de soudage à l'onglet ou la fatigue des matériaux peut également augmenter la résistance locale.
(Ii) Effet de superposition des défauts de processus
1.Enuping revêtement des feuilles d'électrodes
Les fluctuations de la densité surfacique (± 5% ou plus) entraînent une distribution de courant inégale et une augmentation significative de la résistance à la polarisation locale. Si le revêtement des feuilles d'électrode est inégal, cela entraînera une distribution de courant inégale à l'intérieur de la batterie, certaines zones ayant des densités de courant excessivement élevées, entraînant ainsi une augmentation de la résistance locale de polarisation.
2.Erreurs dans les processus d'empilement \/ d'enroulement
Le désalignement des feuilles d'électrode entraîne un contact de la bavarde de bord, augmentant le risque de circuits de micro-short et d'impédance supplémentaire. Pendant la fabrication de la batterie, s'il y a des erreurs dans le processus d'empilement ou de contraction, cela peut entraîner un désalignement des feuilles d'électrode, conduisant à un contact de la boule versant, augmentant le risque de circuits de micro-short et d'impédance supplémentaire.
3.Injection d'électrolyte insuffisante et mouillage
L'électrolyte ne pénètre pas complètement les pores du séparateur (degré de mouillage <90%), bloquant les canaux ioniques. Si l'électrolyte ne pénètre pas complètement les pores du séparateur, il bloquera les canaux ioniques, ralentira le taux de migration des ions lithium et augmentera la résistance interne de la batterie.
(Iii) Impact de l'environnement d'utilisation et des conditions de fonctionnement
1.Environnement à basse température
La conductivité ionique de l'électrolyte diminue de plus de 50%, et la résistance ohmique et la résistance à la polarisation augmentent. Dans un environnement à basse température, la conductivité ionique de l'électrolyte diminue considérablement, conduisant à une augmentation de la résistance à la batterie ohmique et à la résistance à la polarisation.
2.Charge et décharge à haut débit
La polarisation de la concentration s'intensifie, la plate-forme de tension s'effondre et la résistance interne efficace augmente de 20% - 40%. Lorsqu'une batterie subit une charge et une décharge à taux élevé, la concentration d'ions près de la surface de l'électrode change rapidement, conduisant à une polarisation de concentration intensifiée et à une augmentation de la résistance interne efficace de la batterie.
3.Vieillissement de cyclisme à long terme
Les effets cumulatifs tels que la perte active de lithium et une diminution de la porosité des électrodes entraînent un taux de croissance de résistance interne annuel supérieur à 5%. Pendant l'utilisation du cyclage à long terme d'une batterie, le lithium actif s'épuise progressivement et la porosité des électrodes diminue également. Ces effets cumulatifs conduisent à un taux annuel de croissance de la résistance interne dépassant 5%.
(Iv) surchauffe locale et dommages structurels causés par les courts circuits
1. surchauffe locale
Le grand courant généré pendant un court-circuit entraîne une forte augmentation de la température locale à l'intérieur de la batterie. Les températures élevées accélèrent la dégradation des matériaux internes de la batterie, tels que la décomposition des électrolytes et les changements de la structure des matériaux d'électrode, augmentant encore la résistance interne. Par exemple, lorsqu'une batterie connaît un court-circuit, l'emplacement de court-circuit génère une grande quantité de chaleur, provoquant une augmentation de la température locale et une décomposition électrolytique, formant une couche d'interface à haute impédance et augmentant la résistance interne de la batterie.
2. dommages structurels
L'énorme courant et chaleur générés lors d'un court-circuit peuvent entraîner des dommages structurels à l'intérieur de la batterie, tels que la fusion du séparateur et la déformation des matériaux d'électrode. Ces dommages structurels affectent directement les canaux de transport d'ions et d'électrons de la batterie, entraînant une augmentation significative de la résistance interne. Par exemple, la température élevée générée pendant un court-circuit peut faire fondre le séparateur, provoquant un contact direct entre les électrodes positives et négatives, formant un courant de court-circuit plus grand, et endommageant également la structure des matériaux d'électrode, augmentant la résistance interne de la batterie.
Iv. Conclusion
Les causes de l'augmentation de la résistance interne des batteries au lithium pendant les courtes circuits sont multiformes, y compris les causes profondes au niveau du matériau, l'effet de superposition des défauts de processus, l'impact de l'environnement d'utilisation et des conditions de fonctionnement, ainsi que la surchauffe locale et les dommages structurels causés par les courts circuits. Ces facteurs interagissent les uns avec les autres, conduisant collectivement à une augmentation de la résistance interne des batteries au lithium pendant les courts-circuits. Comprendre ces causes est d'une grande importance pour la conception, la fabrication, l'utilisation et l'entretien des batteries au lithium. À l'étape de conception de la batterie, les matériaux appropriés doivent être sélectionnés et les paramètres de processus optimisés pour réduire la résistance interne de la batterie. Pendant l'utilisation de la batterie, la batterie doit être éloignée des environnements d'utilisation sévères, tels que des températures élevées, des températures basses et une humidité élevée, et le taux de charge et de décharge de la batterie doit être raisonnablement contrôlé pour prolonger la durée de vie de la batterie et assurer la sécurité de la batterie. Dans le même temps, pour les batteries qui ont déjà connu un court-circuit, un traitement en temps opportun doit être effectué pour éviter de déclencher des problèmes de sécurité plus graves. Les recherches futures devraient approfondir le mécanisme de l'augmentation de la résistance interne des batteries au lithium pendant les courts circuits et développer des technologies de gestion et de protection des batteries plus efficaces pour améliorer les performances et la sécurité des batteries au lithium.